Bomba cu hidrogen (Hidrogen Bomb, HB, WB) este o armă de distrugere în masă, care are o putere distructivă incredibilă (puterea sa este estimată de megatoni în echivalent TNT). Principiul funcționării bombei și schema de structură se bazează pe utilizarea energiei sintezei termonucleare a nucleelor de hidrogen. Procesele care apar în timpul exploziei, similare cu cele care apar pe stele (inclusiv pe Soare). Primul test al WB adecvat pentru transportul pe distanțe lungi (proiectul lui A.D. Sakharov) a fost efectuat în Uniunea Sovietică la locul de lângă Semipalatinsk.
Reacția termonucleară
Soarele conține rezerve enorme de hidrogen, care se află sub efectul constant al presiunii și temperaturii ultrahighi (aproximativ 15 milioane Kelvin). La o astfel de densitate extremă și la temperatura plasmei, nucleele atomilor de hidrogen se ciocnesc întâmplător unul cu celălalt. Rezultatul coliziunilor este o fuziune nucleară și, ca rezultat, formarea nucleelor unui element mai greu - heliu. Reacțiile de acest tip se numesc fuziuni termonucleare, ele se caracterizează prin eliberarea unor cantități enorme de energie.
Legile fizicii explică eliberarea energiei în timpul unei reacții termonucleare, după cum urmează: o parte a masei de nuclee ușoare implicate în formarea unor elemente mai grele rămâne nefolosită și se transformă în energie curată în cantități enorme. De aceea, corpul nostru ceresc pierde aproximativ 4 milioane de tone de materie pe secundă, în timp ce eliberează un flux continuu de energie în spațiul cosmic.
Izotopi de hidrogen
Cel mai simplu dintre toți atomii existenți este un atom de hidrogen. Se compune dintr-un singur proton care formează nucleul și singurul electron care se rotește în jurul acestuia. Ca urmare a studiilor științifice privind apa (H2O), sa constatat că apa așa-numită "grea" este prezentă în cantități mici. Conține izotopi "grei" de hidrogen (2H sau deuteriu), nucleul căruia, pe lângă un proton, conține de asemenea un neutron (o particulă aproape de masă față de un proton, dar lipsită de sarcină).
Știința cunoaște și tritiumul, al treilea izotop de hidrogen, al cărui nucleu conține 1 proton și 2 neutroni simultan. Tritiumul se caracterizează prin instabilitate și dezintegrare constantă spontană cu eliberarea de energie (radiație), ca urmare a formării unui izotop de heliu. Urmele tritiului se găsesc în straturile superioare ale atmosferei Pământului: sub influența razelor cosmice, moleculele de gaze care formează aerul suferă modificări similare. Obținerea tritiului este de asemenea posibilă într-un reactor nuclear prin iradierea izotopului litiu-6 cu un flux puternic de neutroni.
Dezvoltarea și primele teste ale bombei cu hidrogen
Ca urmare a unei analize teoretice aprofundate, specialiștii din URSS și din SUA au ajuns la concluzia că amestecul de deuteriu și tritiu face mai ușor începerea reacției de fuziune termonucleară. Înarmați cu aceste cunoștințe, oamenii de știință din Statele Unite din anii 50 ai secolului trecut au început să creeze o bombă cu hidrogen. Și în primăvara anului 1951, sa efectuat un test de testare la situl Enyvetok (un atol din Oceanul Pacific), dar apoi sa realizat doar fuziunea termonucleară parțială.
A trecut mai mult de un an, iar în noiembrie 1952 a fost efectuat al doilea test al unei bombe cu hidrogen cu o putere de aproximativ 10 Mt în TNT. Cu toate acestea, această explozie nu poate fi numită explozie a unei bombe termonucleare în sensul modern: de fapt, dispozitivul era un container mare (dimensiunea unei case cu trei etaje) umplut cu deuteriu lichid.
De asemenea, și în Rusia au întreprins îmbunătățiri ale armelor atomice, iar prima bombă cu hidrogen din proiectul lui A.D. Saharov a fost testat la locul de testare Semipalatinsk, 12 august 1953. RDS-6 (acest tip de arme de distrugere în masă a fost numit "puff" al lui Saharov, deoarece schema sa implică desfășurarea secvențială a straturilor de deuteriu din jurul încărcătorului-inițiator) a avut o putere de 10 Mt. Cu toate acestea, spre deosebire de "clădirea cu trei etaje" americană, bomba sovietică era compactă și ar putea fi livrată prompt la locul unui atac asupra teritoriului inamicului pe un bombardier strategic.
După ce a acceptat provocarea, în martie 1954, Statele Unite au făcut o explozie a unei bombe de aer mai puternice (15 milioane tone) la locul de testare de pe Atolul Bikini (Oceanul Pacific). Testul a fost cauza eliberării în atmosferă a unei cantități mari de substanțe radioactive, dintre care unele au căzut cu precipitații la sute de kilometri de epicentrul exploziei. Nava japoneză "Happy Dragon" și dispozitivele instalate pe insula Rogelap, au înregistrat o creștere accentuată a radiațiilor.
Deoarece, ca urmare a proceselor care apar în timpul detonării bombei cu hidrogen, se formează heliu stabil, sigur, se așteaptă ca emisiile radioactive să nu depășească nivelul de contaminare de la detonatorul atomic al fuziunii termonucleare. Dar calculele și măsurătorile efectelor radioactive reale au variat foarte mult, atât în ceea ce privește cantitatea, cât și compoziția. Prin urmare, conducerea Statelor Unite a decis să suspende temporar proiectarea acestei arme până la realizarea unui studiu complet al impactului asupra mediului și a omului.
Video: teste în URSS
Tsar Bomb - Bomba termonucleară a URSS
Punctul de grăsime din lanțul tonaj al bombei cu hidrogen a fost stabilit de URSS când, la 30 octombrie 1961, a fost efectuat un test de 50 de megaton (cel mai mare din istorie) asupra "Novaya Zemlya" - rezultatul muncii pe termen lung a grupului de cercetare AD Saharov. Explozia a răsunat la o altitudine de 4 kilometri, iar undele de șoc au fost înregistrate de trei ori pe dispozitivele din întreaga lume. În ciuda faptului că testul nu a dezvăluit niciun eșec, bomba nu a intrat niciodată în serviciu. Dar însăși faptul că armata a deținut astfel de arme a făcut o impresie de neșters pe întreaga lume, în timp ce în Statele Unite au încetat să câștige tonajul unui arsenal nuclear. În Rusia, la rândul lor, au decis să renunțe la introducerea de focuri de armă cu taxe pe bază de hidrogen asupra taxelor de luptă.
Principiul bombei cu hidrogen
Bomba cu hidrogen este cel mai complex dispozitiv tehnic, a cărui explozie necesită fluxul secvențial al unui număr de procese.
Mai întâi, există o detonare a încărcăturii inițiatorului în interiorul coajelor WB (bombă atomică miniaturală), care are ca rezultat o ejecție puternică a neutronilor și crearea unei temperaturi ridicate necesare pentru începerea fuziunii termonucleare în sarcina principală. Se începe o bombardare masivă cu neutroni a unei linii de deuteriu de litiu (produsă prin combinarea deuteriului cu izotopul litiu-6).
Sub acțiunea neutronilor, litiul-6 se împarte în tritiu și heliu. Siguranța atomică în acest caz devine o sursă de materiale necesare pentru apariția fuziunii termonucleare în bomba detonată.
Un amestec de tritiu și deuteriu declanșează o reacție termonucleară, ca urmare a unei creșteri rapide a temperaturii din interiorul bombei, iar în acest proces se implică tot mai mult hidrogen.
Principiul funcționării bombei cu hidrogen implică un flux ultra-rapid al acestor procese (dispozitivul de încărcare și dispunerea elementelor principale contribuie la aceasta), care arată instantaneu observatorului.
Superbomb: diviziune, sinteză, diviziune
Secvența proceselor descrise mai sus se termină după debutul reacției de deuteriu cu tritiu. Mai mult, sa decis utilizarea fisiunii nucleare, mai degrabă decât sinteza celor mai grele. După fuziunea nucleelor de tritiu și deuteriu, se eliberează heliu liber și neutroni rapizi, care au suficientă energie pentru a iniția declanșarea fisiunii de uraniu-238. Neutronii rapizi pot împărți atomi din coaja de uraniu a unui superbomb. Divizarea unei tone de uraniu generează energie de ordinul a 18 Mt. În acest caz, energia este cheltuită nu numai pe crearea unui val de explozie și eliberarea unei cantități enorme de căldură. Fiecare atom de uraniu cade în două "fragmente" radioactive. Formează un întreg "buchet" de diferite elemente chimice (până la 36) și aproximativ două sute de izotopi radioactivi. Din acest motiv, se produce numeroase caderi radioactive, înregistrate la sute de kilometri de epicentrul exploziei.
După căderea "perdelei de fier", a devenit cunoscut faptul că URSS intenționa să dezvolte un "Rege al bombei" cu o capacitate de 100 Mt. Datorită faptului că în acel moment nu exista nici o aeronavă capabilă să poarte o încărcătură atât de mare, ideea a fost abandonată în favoarea bombei de 50 de tone.
Consecințele unei explozii a bombei cu hidrogen
Val de șoc
Explozia bombei cu hidrogen implică distrugeri și consecințe la scară largă, iar impactul primar (explicit, direct) are un caracter triplu. Cel mai evident dintre toate efectele directe este un val de șoc de intensitate foarte mare. Capacitatea sa distructivă scade cu distanța de la epicentrul exploziei și, de asemenea, depinde de puterea bombei în sine și de înălțimea la care detona încărcarea.
Efect de căldură
Efectul căldurii dintr-o explozie depinde de aceiași factori ca și puterea undei de șoc. Dar se adaugă încă o dată - gradul de transparență al maselor de aer. Ceață sau chiar o ușoară tulburare reduce drastic raza leziunii, în care un bliț de căldură poate provoca arsuri grave și pierderea vederii. Explozia bombei cu hidrogen (peste 20 de milioane de tone) generează o cantitate incredibilă de energie termică, suficientă pentru a topi betonul la o distanță de 5 km, pentru a evapora aproape toată apa dintr-un mic lac la o distanță de 10 km, distruge forța inamicului, . O pâlnie cu un diametru de 1-2 km și o adâncime de 50 m se formează în centru, acoperită cu un strat gros de masă sticlosă (câțiva metri de roci cu un conținut ridicat de nisip se topesc aproape instantaneu, transformându-se în sticlă).
Conform calculelor obținute în timpul testelor reale, oamenii au șanse de 50% să rămână în viață dacă:
- Acestea sunt situate într-un adăpost din beton (subteran), la 8 km de epicentrul exploziei (EV);
- Situat în clădiri rezidențiale la o distanță de 15 km de EV;
- Acestea se vor afla într-o zonă deschisă, la o distanță mai mare de 20 km față de EV, în condiții de vizibilitate redusă (pentru o atmosferă "curată", distanța minimă în acest caz fiind de 25 km).
Cu distanța de la EV, probabilitatea de a rămâne în viață la persoanele care se află într-o zonă deschisă crește dramatic. Deci, la o distanță de 32 km, va fi de 90-95%. O rază de 40-45 km este limita pentru impactul primar al unei explozii.
bolid
Un alt efect evident al exploziei bombei cu hidrogen este focurile de foc (uraganele) care se auto-susțin, care se formează ca urmare a faptului că masele imense de material combustibil sunt trase în minge de foc. Dar, în ciuda acestui fapt, cea mai periculoasă din cauza impactului exploziei va fi poluarea cu radiații a mediului înconjurător de zeci de kilometri.
precipitații radioactive
Bara de foc care a apărut după explozie este rapid umplută cu particule radioactive în cantități mari (produse de descompunere a nucleelor grele). Dimensiunea particulei este atât de mică, încât, fiind în atmosfera superioară, este capabilă să rămână acolo pentru o perioadă foarte lungă de timp. Tot ceea ce mingea de foc a ajuns pe suprafața pământului se transformă instantaneu în cenușă și praf și apoi este atrasă în stâlpul de foc. Vortexul flacarii agită aceste particule cu particule încărcate, formând un amestec periculos de praf radioactiv, procesul de sedimentare a granulelor se întinde pe o perioadă lungă de timp.
Pulberea grosieră se instalează destul de repede, dar praful fin este transportat pe cale aeriană pe distanțe lungi, scăpând treptat din noul nor format. În imediata vecinătate a EV, particulele cele mai mari și cele mai încărcate sunt depuse, iar particulele de cenușă care sunt vizibile de ochi pot fi găsite în continuare la sute de kilometri distanță. Ele formează o acoperire mortală, groasă de câteva centimetri. Oricine se apropie de el riscă să primească o doză gravă de radiații.
Particulele mai mici și mai puțin distincte pot "pluti" în atmosferă de mai mulți ani, îndoind în jurul Pământului de multe ori. Până când ajung la suprafață, ei pierd destul de mult radioactivitatea. Cel mai periculos stronțiu-90, care are un timp de înjumătățire de 28 de ani și care generează o radiație stabilă în acest timp. Apariția sa este determinată de instrumentele din întreaga lume. "Aterizare" pe iarbă și frunziș, el devine implicat în lanțurile alimentare. Din acest motiv, oamenii care sunt la mii de kilometri de la locurile de test în timpul examinării au găsit stronțiu-90, acumulat în oase. Chiar dacă conținutul său este extrem de mic, perspectiva de a fi "un sit pentru depozitarea deșeurilor radioactive" nu este un semn bun pentru o persoană, ceea ce duce la dezvoltarea tumorilor osoase maligne. În regiunile din Rusia (precum și din alte țări), în apropierea locurilor de lansare a bombei cu hidrogen, se observă încă un fond radioactiv crescut, ceea ce demonstrează încă o dată capacitatea acestui tip de arme de a lăsa consecințe semnificative.
